說到電機(jī)，相信每一個(gè)人都不會感到陌生。以1740年蘇格蘭僧侶安德魯·戈登創(chuàng)建第一個(gè)簡單的靜電設(shè)備（被認(rèn)為是世界上第一個(gè)電動馬達(dá)）為起點(diǎn)，經(jīng)過了這幾百年的不斷探索、改進(jìn)，不同功率、不同尺寸、不同性能的龐大的電機(jī)家族已經(jīng)融入各行各業(yè)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活。

在另一篇關(guān)于無刷電機(jī)的博文中，也有提到電機(jī)控制的概念，為了使電機(jī)按照我們的需求工作，我們需要電機(jī)控制系統(tǒng)來對電機(jī)進(jìn)行良好的控制。電機(jī)消耗的能量幾乎占全球電力的50%。隨著能源成本的持續(xù)上漲，業(yè)內(nèi)開始采用微處理器調(diào)速驅(qū)動器替代效率低下的固定速率電機(jī)和驅(qū)動器，這種新型電機(jī)控制技術(shù)與傳統(tǒng)驅(qū)動器相比，能夠使能耗平均降低30%以上。

下圖是一個(gè)典型的直流電機(jī)控制系統(tǒng)的流程圖。

將所需的力矩、速度、方向等參數(shù)作為微控制器的輸入值，微控制器控制驅(qū)動器，為電機(jī)提供相應(yīng)的脈沖。各種傳感器構(gòu)成了反饋系統(tǒng)，電流、速度、位移、旋轉(zhuǎn)方向等傳感器負(fù)責(zé)為微處理器提供反饋數(shù)據(jù)來進(jìn)一步優(yōu)化、精確控制。這些傳感器被用在控制回路中，通過探測一些可能損壞馬達(dá)的情況來提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。當(dāng)然，現(xiàn)在還有一些不需要傳感器的電機(jī)控制系統(tǒng)，今天我們先暫不做介紹。

隨著工業(yè)生產(chǎn)對電機(jī)控制精確度的要求的日益提升和傳感器技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，人們可以以更低的價(jià)格獲得更高精確度的傳感器，在電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中對于傳感器，人們也有了更多不同種類、價(jià)格、性能的選擇。接下來我們將談?wù)勲姍C(jī)控制系統(tǒng)中所需的探測的參數(shù)種類，和為了探測這些參數(shù)使用的主流傳感器類型。

電流傳感器

在電機(jī)控制中，電流的大小和方向，可直接提供電機(jī)速度、旋轉(zhuǎn)方向的信息。

目前最普遍的三種電流傳感器是分流器（shunt resistor）、霍爾效應(yīng)傳感器（Hall effect）和電流檢測變壓器（Current sensing transformers）。

分流器：

分流器其實(shí)使用的是我們最為熟悉的歐姆定律。通過測量一個(gè)已知電阻值的電阻兩端的電壓來計(jì)算電流值，電阻值較小，使之不會對電機(jī)電路產(chǎn)生太大影響。分流器以它低廉的價(jià)格和可接受的準(zhǔn)確性而受到歡迎。但它不能用于測量過大電流。可采用高邊電流分流測量法或是低邊電流分流測量法（High-Side / Low-Side Current Shunt Measurements），它們各有優(yōu)劣，在這里不做詳細(xì)介紹。

RS 提供了很多可供選擇的分流器，了解詳情請點(diǎn)擊右邊的產(chǎn)品連結(jié)。

霍爾效應(yīng)電流傳感器：

在載流導(dǎo)體周圍產(chǎn)生一正比于該電流的磁場，而霍爾器件則用來測量這一磁場。因此，使電流的非接觸測量成為可能?；魻栃?yīng)電流傳感器較易于集成于嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，這類的傳感器IC通常產(chǎn)生能直接輸入到微控制器ADC的模擬輸出電壓?；魻杺鞲衅鞣譃殚_環(huán)式和閉環(huán)式，它們在性能、特性上略有差別?；魻栃?yīng)傳感器有許多優(yōu)勢，如可以非接觸監(jiān)測、測量范圍廣、響應(yīng)速度快、測量精度高等等，但它也有價(jià)格較高、精確度易受溫度等外界因素影響等弊端。

RS 提供了很多可供選擇的霍爾效應(yīng)傳感器，了解詳情請點(diǎn)擊右邊的產(chǎn)品連結(jié)。

電流檢測變壓器：

它主要運(yùn)用變壓器原理：線圈匝數(shù)與電流大小的比例關(guān)系。它的優(yōu)點(diǎn)是可以監(jiān)測大電流，但也有對于交流電需要進(jìn)行特別處理的劣勢。

監(jiān)測電機(jī)速度、位置、位移的傳感器

編碼器（Encoder）：

編碼器可以用來測量旋轉(zhuǎn)中電機(jī)的速度、方向、軸位置等。編碼器使用的是光電探測原理，如下圖所示。將編碼器碼盤與電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸相連，碼盤上有如圖所示的極細(xì)間隔，光源和光傳感器透過這些間隔產(chǎn)生可直接傳到編碼器邏輯IC或微處理器進(jìn)行處理的電信號，一般通過脈沖A、B來計(jì)算旋轉(zhuǎn)速度，通過脈沖Z來判斷旋轉(zhuǎn)方向。

由于需要安裝碼盤，對一些已固定的電機(jī)此方法會帶來一些不便。且會有不可避免的累積誤差需要矯正。

RS 提供的有關(guān)編碼器的相關(guān)產(chǎn)品，請點(diǎn)擊右邊的產(chǎn)品連結(jié)。

霍爾效應(yīng)旋轉(zhuǎn)傳感器：

什么是霍爾效應(yīng)我們在上文說霍爾效應(yīng)式電流傳感器時(shí)已有提及，霍爾效應(yīng)式傳感器被廣泛應(yīng)用于感應(yīng)測量不同的物理量。在這里我們說的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器是一種小型封閉式傳感器，其原理是當(dāng)磁力線穿過傳感器上感應(yīng)元件時(shí)產(chǎn)生霍爾電勢經(jīng)過霍爾芯片的放大整形后，成力電信號供二次儀表使用。

可變磁阻(VR)傳感器:

雖然霍爾式傳感器以其較好性能得到廣泛應(yīng)用，但正如我們在前文中提到的那樣，溫度等外界環(huán)境的過大變化對霍爾式傳感器靈敏度的影響較大，因此在振動、灰塵和高溫等極端工作環(huán)境下，我們訴諸于VR傳感器。它的基本工作原理是由一個(gè)穿過電磁鐵的線圈組成,一個(gè)齒輪輪齒（或其它靶的凸出部分）通過磁鐵表面,從而引起磁通量的數(shù)量的變化。但是由于信號處理系統(tǒng)價(jià)格較高，使得磁阻效應(yīng)傳感器的價(jià)格也一直較高。但是在高溫條件下，人們還是會選擇磁阻傳感器，而非霍爾式，一個(gè)典型應(yīng)用就是在噴氣發(fā)動機(jī)中檢測渦輪的轉(zhuǎn)速。